实验一磁化率的测定

磁化率的测定实验报告

1. 实验目的

1.1 掌握古埃(Gouy)法测定磁化率的原理和方法。

1.2 测定三种络合物的磁化率，求算未成对电子数，判断其配键类型。

2. 实验原理

2.1 磁化率

物质在外磁场中，会被磁化并感生一附加磁场，其磁场强度 H ′ 与外磁场强度 H 之和称为该物质的磁感应强度 B ，即

B = H + H′ (1)

H ′与H 方向相同的叫顺磁性物质，相反的叫反磁性物质。还有一类物质如铁、钴、镍及其合金，H ′比H 大得多（H ′ / H ）高达10 4，而且附加磁场在外磁场消失后并不立即消失，这类物质称为铁磁性物质。

物质的磁化可用磁化强度I 来描述，H ′ =4πI 。对于非铁磁性物质，I 与外磁场强度H 成正比

I = KH (2)

式中，K 为物质的单位体积磁化率(简称磁化率)，是物质的一种宏观磁性质。在化学中常用单位质量磁化率m χ或摩尔磁化率M χ表示物质的磁性质，它的定义是

ρχ/m K = (3)

ρχ/MK M = (4)

式中，ρ和M 分别是物质的密度和摩尔质量。由于K 是无量纲的量，所以m χ和M χ的单位分别是cm 3?g -1和cm 3?mol -1 。

磁感应强度 SI 单位是特［斯拉］(T)，而过去习惯使用的单位是高斯(G)，1T=104G 。

2.2 分子磁矩与磁化率

物质的磁性与组成它的原子、离子或分子的微观结构有关，在反磁性物质中，由于电子自旋已配对，故无永久磁矩。但是内部电子的轨道运动，在外磁场作用下产生的拉摩进动，会感生出一个与外磁场方向相反的诱导磁矩，所以表示出反磁性。其M χ就等于反磁化率反χ，且 M χ< 0。在顺磁性物质中，存在自旋未配对电子，所以具有永久磁矩。在外磁场中，永久磁矩

顺着外磁场方向排列，产生顺磁性。顺磁性物质的摩尔磁化率M χ是摩尔顺磁化率与摩尔反磁化率之和，即

反顺χχχ+=M (5)

通常顺χ比反χ大约1~3个数量级，所以这类物质总表现出顺磁性，其0>M χ。顺磁化率与分子永久磁矩的关系服从居里定律

N A 32m μχ=顺 (6) 式中，N A 为Avogadro 常数; K 为Boltzmann 常数(1.38×10 -16erg ?K -1 ); T 为热力学温度;m μ为分子永久磁矩(erg ?G -1 )。由此可得

反χμχ+=KT

N A M 32m (7) 由于反χ不随温度变化(或变化极小)，所以只要测定不同温度下的M χ对1/T 作图，截矩即为反χ，由斜率可求m μ。由于比顺χ小得多，所以在不很精确的测量中可忽略反χ作近似处理

N A M 32m μχχ==顺(cm -3?mol -1) (8) 顺磁性物质的m μ与未成对电子数n 的关系为

)2(m +=n n B μμ (9)

式中，是B μ玻尔磁子，其物理意义是:单个自由电子自旋所产生的磁矩.

B μ= 9.273×

10-21erg?G -1 = 9.373×10-28erg?G -1 = 9.273×10-24J?T -1 2.3 磁化率与分子结构

(6)式将物质的宏观性质M χ与微观性质m μ联系起来。由实验测定物质的M χ，根据(8)式可求得m μ，进而计算未配对电子数n 。这些结果可用于研究原子或离子的电子结构，判断络合物分子的配键类型。

络合物分为电价络合物和共价络合物。电价络合物中心离子的电子结构不受配位体的影响，基本上保持自由离子的电子结构，靠静电库仑力与配位体结合，形成电价配键。在这类络